基于BIM技術(shù)的鐵路路基設(shè)計應(yīng)用分析

付彥鵬

摘 要：現(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)不斷發(fā)展，鐵路BIM聯(lián)盟成立以來，不斷發(fā)布各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用。相關(guān)單位在鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用方面，不斷投入研發(fā)力量，取得了很多技術(shù)成果?；跉W特克平臺，針對鐵路路基BIM技術(shù)設(shè)計需要，進(jìn)行了多項二次開發(fā)，以數(shù)據(jù)為核心，結(jié)合快速建模、模型出圖、數(shù)量計算，探索了鐵路路基BIM正向設(shè)計技術(shù)，并在鐵路項目進(jìn)行了技術(shù)驗證。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);鐵路路基設(shè)計;應(yīng)用

0 引言

建筑信息模型（BIM）的研究與應(yīng)用可有效提升建設(shè)項目設(shè)計、施工及運(yùn)營階段的效率與安全性，實現(xiàn)全生命周期管理信息化，具有巨大應(yīng)用價值和廣闊發(fā)展前景。充分發(fā)揮BIM技術(shù)在我國鐵路行業(yè)中的應(yīng)用，挖掘路基工程中的BIM應(yīng)用創(chuàng)新點，對提升設(shè)計、施工質(zhì)量具有重要意義。

1 鐵路BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）是一種以三維建筑圖形為基礎(chǔ)，集成各類相關(guān)信息，貫穿建筑設(shè)計、施工、運(yùn)維乃至壽命終結(jié)的數(shù)據(jù)模型。BIM的概念最早由ChuckEastman于20世紀(jì)70年代提出。經(jīng)過近50年的研究與探索，BIM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，在提升工程質(zhì)量、降低造價、縮短建設(shè)周期方面效果顯著。我國鐵路BIM技術(shù)起步較晚，路基工程BIM應(yīng)用還處于初級階段。雖然依托中國國家鐵路集團(tuán)有限公司BIM應(yīng)用試點及其他工程項目為國內(nèi)外近10條鐵路建立了BIM模型，但較深層次的應(yīng)用問題仍然有待解決。同時，傳統(tǒng)二維圖紙需要設(shè)計、施工人員將平面信息想象成三維實體，表達(dá)和理解的差異往往帶來差錯。因此，利用BIM技術(shù)可視化、模擬性的特點彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計的弊端，發(fā)揮已建模型的應(yīng)用價值是目前亟待解決的問題。

2 BIM技術(shù)的鐵路路基設(shè)計應(yīng)用

2.1 設(shè)計流程

鐵路建設(shè)項目路基BIM設(shè)計使用歐特克平臺Civil3D軟件，組裝模型為Revit軟件格式模型。為提高建模質(zhì)量及效率，以路基數(shù)據(jù)庫為核心，對Revit軟件做了二次開發(fā)以輔助設(shè)計，包含快速建模、模型出圖、數(shù)量統(tǒng)計等內(nèi)容，路基的最終模型是Revit軟件格式模型。（1）路基本體模型設(shè)計需要沿線路進(jìn)行模板放樣，并與地形進(jìn)行交互。路基與線路結(jié)合較為緊密，而Revit軟件沒有線路相關(guān)功能，無法生成路基本體。利用歐特克平臺Civil3D軟件線路路基相關(guān)功能，生成路基本體模型以及沿線路放樣的路肩、電纜槽、排水溝等。對路基本體及附屬結(jié)構(gòu)物模型信息進(jìn)行讀取，同時讀取線路信息，并把信息傳入數(shù)據(jù)庫。（2）通過數(shù)據(jù)庫存儲信息，在Revit軟件平臺對路基本體模型進(jìn)行重建，并利用數(shù)據(jù)信息，調(diào)用路基族庫，批量布設(shè)路基邊坡防護(hù)、支擋結(jié)構(gòu)及地基處理樁、樁板結(jié)構(gòu)等附屬結(jié)構(gòu)物，在布設(shè)的同時提取結(jié)構(gòu)物信息進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計，并利用Revit軟件平臺功能對模型進(jìn)行剖切，生成路基橫斷面圖和縱斷面圖，完成路基出圖。路基模型統(tǒng)一為Revit模型，在項目中進(jìn)行拼裝、碰撞檢查。（3）在地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，GIS）軟件平臺統(tǒng)一進(jìn)行研發(fā)管理功能，載入各專業(yè)BIM模型，進(jìn)行項目管理。（4）利用歐特克平臺系列軟件如Navisworks軟件進(jìn)行施工模型、漫游展示等，更為直觀地表達(dá)設(shè)計成果。

2.2 軟件應(yīng)用

路基本體模型包括分層、基層、基床等不同方面，使用Civil3D軟件具備的裝配功能來定制路基的橫截面，方便軟件讀取信息，實現(xiàn)信息識別。放樣過程中，路肩、電纜槽、排水溝等放樣應(yīng)該結(jié)合項目實際情況開展，添加到路基族庫當(dāng)中，可以根據(jù)實際情況添加支護(hù)結(jié)構(gòu)或者是減少重力式擋土墻等裝配部件，在實際操作過程中不斷調(diào)整參數(shù)，當(dāng)模型生成之后方便實現(xiàn)對不同尺寸的過渡管理。因此，對Civil3D軟件進(jìn)行二次開發(fā)讓Civil3D軟件具備強(qiáng)大的模板適應(yīng)功能，以及快速創(chuàng)建線路的模型。要想做到以數(shù)據(jù)為核心的設(shè)計就要讀取相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)主要來自線路的里程、縱坡等各個方面;通過邊坡和基點坐標(biāo)得到模型信息，在使用過程中便于信息數(shù)據(jù)的存儲和使用。利用Civil3D軟件生成路基模型之后可以提取路塹模型的曲面、剪切地質(zhì)模型，可以模擬各種開挖現(xiàn)象，計算出土石方數(shù)量，完成這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，保證地質(zhì)與地基能夠協(xié)同設(shè)計。

2.3 BIM建模

（1）創(chuàng)建路基模型。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)在Revit軟件平臺重構(gòu)路基本體模型，實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計與不規(guī)則地形的有機(jī)融合。路塹模型邊坡進(jìn)行薄面建模，以進(jìn)行邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)的拼裝。在建模過程中發(fā)現(xiàn)Revit軟件平臺對模型體量的限制，對大地坐標(biāo)無法方便地設(shè)置原點坐標(biāo)，需要采用相對坐標(biāo)的方式。在建模時，首先提取模型中心處的坐標(biāo)，把該大地坐標(biāo)作為圖形坐標(biāo)的中心處，方便對模型進(jìn)行查看和編輯。（2）建立參數(shù)化族庫。充分利用Revit軟件平臺參數(shù)化功能，建立路基結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)化族庫，族庫類別有輪廓、構(gòu)件族，并按支擋結(jié)構(gòu)、邊坡防護(hù)、地基處理、排水等進(jìn)行分類管理，通過族庫管理程序進(jìn)行參數(shù)化調(diào)用。（3）模型拼裝。通過Revit軟件平臺二次開發(fā)的功能，對路基附屬構(gòu)件模型進(jìn)行批量參數(shù)化拼裝，提高建模質(zhì)量及效率。路基邊坡防護(hù)系統(tǒng)包括空心磚、拱形骨架、錨桿框架梁等常用的邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)，并包含鑲邊、護(hù)腳、腳墻、平臺、側(cè)溝、踏步等。對常用的支擋結(jié)構(gòu)，如重力式擋土墻、樁板墻、懸臂墻、扶壁墻等進(jìn)行拼裝，模型與路基邊坡進(jìn)行順接。對路基地基處理樁結(jié)合地形進(jìn)行快速參數(shù)化布設(shè)，并對每根樁進(jìn)行定位管理，提高設(shè)計精度，同時對不同形式的樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化拼裝。

（4）支擋結(jié)構(gòu)配筋。在Revit軟件平臺，通過二次開發(fā)對路基懸臂式擋土墻、樁板墻樁及擋土板進(jìn)行快速參數(shù)化配筋設(shè)計，并對結(jié)構(gòu)模型鋼筋進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計。（5）模型結(jié)構(gòu)樹管理。項目建模及信息添加嚴(yán)格按照鐵路BIM聯(lián)盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行，按最小結(jié)構(gòu)單元建模，并添加IFD編碼，模型信息以結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)形式存儲至數(shù)據(jù)庫。在模型管理中，通過結(jié)構(gòu)樹形式達(dá)到對路基結(jié)構(gòu)模型的分級管理，對同一類型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以進(jìn)行批量化屬性查詢、屬性修改、材質(zhì)修改以及顯示控制。

2.4 出圖

Revit軟件的切剖出圖無法滿足路基設(shè)計要求，與現(xiàn)代的規(guī)范有一定差異，因此，當(dāng)前以CAD出圖為主，對Revit進(jìn)行二次開發(fā)，添加標(biāo)注、重視導(dǎo)出，統(tǒng)一在CAD內(nèi)修改與整理最終出圖，當(dāng)前均采用這種形式。出圖也要再次設(shè)計數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過數(shù)據(jù)完成出圖，在數(shù)據(jù)信息上，一定保證出圖模型、建模信息之間都做到數(shù)據(jù)同源。完成上述步驟之后，按照工程施工需要運(yùn)用模型，借助平臺數(shù)據(jù)庫，能在CAD上面計算工程量，保證施工進(jìn)度。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)是鐵路未來信息化的發(fā)展方向，備受業(yè)內(nèi)的重視和認(rèn)可。通過本文研究表明，設(shè)計基于BIM技術(shù)的鐵路路基能夠使路基建模質(zhì)量得到提高，并且提高了路基實用性效率，保證明了工程項目的價值。通過軟件使用過程中的不斷完善，有利于未來的發(fā)展和應(yīng)用。針對現(xiàn)代鐵路項目工程，還需要不斷探索BIM技術(shù)的具體使用，及時跟進(jìn)行業(yè)發(fā)展，從而探索更先進(jìn)的途徑。

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